KR970001610B1

KR970001610B1 - 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로

Info

Publication number: KR970001610B1
Application number: KR1019880008894A
Authority: KR
Inventors: 가지후미 나이또; 세이지 니시데
Original assignee: 가부시끼가이샤 이시다고우끼세이사꾸쇼; 이시다 류이찌
Priority date: 1987-07-16
Filing date: 1988-07-16
Publication date: 1997-02-11
Also published as: EP0299806A3; EP0299806B1; EP0299806A2; DE3879303T2; KR890002645A; US4951765A; DE3879303D1

Abstract

내용 없음.

Description

로오드셀식 전자저울의 하중검출회로

제1도는 왜곡발생기에의 왜곡게이지의 장착상태를 설명하는 설명도.

제2도는 종래예의 회로도.

제3도는 본 발명의 제1의 실시예를 나타낸 개략회로 구성도.

제4도는 본 발명의 제2의 실시예를 나타낸 개략회로 구성도.

제5도 및 제6도는 제2의 실시예의 동작 설명도.

제7도는 본 발명의 제3의 실시예를 나타낸 개략회로 구성도.

제8도는 본 발명의 제4의 실시예를 나타낸 개략회로 구성도이다.

본 발명은 소비전력을 가급적으로 적제할 수 있는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로에 관한 것이다.

근년에, 전자회로를 사용하여 계량하는 방식의 저울이 실용화되고 있는데, 이와같은 종류의 전자회로를 사용한 개량장치는 피계량물의 하중에 의한 왜곡에 의하여, 저항장치가 변화하는 왜곡게이지(strain gage)를 왜곡발생기의 왜곡감지부에 장착한 로오드셀을 사용하고 있다. 그리하여 이 로오드셀로부터 출력되는 애널로그의 개량신호를 증폭하여, 이 신호를 일단 A-D변화기로 디지털치로 변환후, 표시장치에 중량등의 정보를 표시시키도록하는 구성을 갖고 있다.

제1도는 지지부재 x에 장착된 왜곡발생기 y에 4매의 왜곡게이지 C1, C2, T1, T2를 장착한 2빔형 로오드셀식 전자저울의 하중검출부를 나타낸 것으로서, 계량접시 Z에 가해지는 하중 W를 검출한다.

제2도는 로오드셀식 전자저울의 로오드셀 부분의 개략회도로이다. 제1도에 나타낸 바와같은 위치에 왜곡발생기에 장착된 왜곡게이지C1, C2, T1, T2는 풀브리지회로(휘이스톤브리지회로)를 형성하도록 접속되고, 입력측에는 기준전압 Vex⁺와 Vex^-가 인가된다. 그리고 왜곡발생기 하중이 인가되어 왜곡이 왜곡감지부에 발생했을 때 왜곡게이지 C1, C2의 저항치와 왜곡게이지 T1,T2의 저항치는 서로 반대방향으로 변화하는 것이다.

풀브리지회로의 추력전압 Vo⁺, Vo^-은 연산증폭기의 반전입력단자 및 비반전입력단자에 도입된다. 그리고 연산증폭기의 비 반전입력단자에는 분압저항 Ry가 또 그 반전입력단자에는 피이드백 저항 Rf가 접속된다.

다음에 풀브리지 회로의 출력전(Vo⁺)-(Vo^-)은 어떻게 나타내는가에 대하여 검토한다. 여기서는 간단하므로 T1=T2=C1=C2=R에, 왜곡게이지의 저항치를 설정하는 것으로 한다.

(1) 제1도의 A위치에 하중 W이 가해졌을때의 저항 차이는

T1=T2=R+△R (1)

C1=C2=R-△R (2)

로 된다.

(2) 동도면 B의 위치에 하중W이 가해졌을때의 저항치는

T1=R+△R-△Rm (3)

T2=R+△R+△Rm (4)

C1=R-△R-△Rm (5)

C2=R-△R+△Rm (6)

로 된다.

(3)도면 C의 위치에 하중 W이 가해졌을때의 저항치는

T1=R+△R+△Rm (7)

T2=R+△R-△Rm (8)

C1=R-△R+△Rm (9)

C2=R-△R-△Rm (10)

로 된다.

상기 (1), (2), (3)의 어느 경우에도, 풀브리지회로의 출력전압(Vo⁺)-(Vo^-)은

(Vo⁺)-(Vo^-)=(△R/R)(Vex⁺-Vex^-) (11)

에 의하여 구해진다.

그런데, 제2도에 나타낸 바와같이, 왜곡게이지를 풀브리지 접속하면, 합성저항 r은

r={(T1+C2)(T2+C1)}/{(T1+C2)+(T2+C1)} (12)

이므로, T1=T2=C1=C2=R로 하면,

r={(2R)×(2R)}{(2R)+(2R)}=R (13)

로 된다. 즉, 합성저항은 왜곡게이지 단체의 저항과 같아진다. 그러므로 풀브리지회로를 흐르는 전류가 크고, 전력소비가 커지는 문제가 있었다. 따라서, 전자저울에 액정표시기나 CMOS-IC를 사용하여 건전지로 구동하도록 구성하고자 하여도 브리지부분의 전력소비가 크므로, 실용화가 곤란한 문제가 있었다.

또 왜곡발생기 Y의 온도가 변화하여도 계량치의 변화가 없게하기 위하여 브리지회로의 출력측과 연산증폭기와의 사이에 온도 보상저항 RsO를 접속하는 경우도 있는데 이와같은 경우 그 저항치가 브리지회로의 저항치에 의하여 좌우되며, 그러므로 제조시에 있어의 저항치의 설정이 번잡하게되는 문제가 있었다.

본 발명은 로오드셀내에서 소비되는 전력을 가급적으로 적게 되도록 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로를 제공함을 발명의 주된 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 로오드셀내에서 소비되는 전력을 가급적으로 적게 할수 있음과 동시에 온도 보상용의 저항을 로오드셀회로와 별개로하여, 별도의 회로로 할 수가 있는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로를 제공함을 다른 목적으로 하고 있다.

상술과 같은, 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로는 로오드셀의 왜곡발생기에 형성한 복수의 왜곡감지부에 각각 왜곡 게이지를 형성하고, 왜곡발생기에 대한 하중인가시에 신장하는 축과, 수축하는 측에 대응하여 형성된 왜곡게이지 끼리를 직렬로 접속하여 제1, 제2의 직렬회로를 형성함과 동시에 이 제1, 제2의 직렬회로를 다시 직렬로 접속하여 이들 양자의 접속점으로부터 출력신호를 취출하도록 구성한 왜곡검지회로서의 하프(half)브리지회로에 의하여 이중을 검출함을 특징으로 하는 것이다.

그리하여, 이와같은 구성을 갖는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로는 로오드셀의 왜곡발생기에 소정수 형성한 왜곡게이지를 왜곡발생기에의 하중인가시에 신장하는 축과, 수축하는 측의 것끼리로 2개의 직렬회로를 형성하고, 이 직렬회로를 서로 접속한 접속점으로부터 출력신호를 취출하는 하프브리지 회로에 의하여 하중을 검출하므로 로오드셀의 브리지회로의 합성저항이 증대하여 전력소비량을 감소시킬 수가 있다.

또, 본 발명의 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로는 왜곡발생기의 소정개소에 형성한 복수의 왜곡게이지를 직렬로 접속하여 형성한 왜곡검지회로 하프 브리지회로로부터의 출력신호를 하중검지회로에 입력하도록 구성하며, 또한 상기 왜곡게이지의 근방에 형성되고 왜곡발생기의 왜곡검지 회로와는 다른 회로를 구성하는 온도 보상용의 저항을 형성함과 동시에 이 왜곡 발생기의 온도변화에 따른 온도보상용의 저항의 저항치 변화에 의하여 상기 하중 검지회로의 온도변화에 의한 출력신호치의 변동을 없애는 방향으로 이득을 제어하는 이득제어수단을 갖는다. 그러므로, 왜곡발생기에 형성한 온도보상 저항회로는 왜곡게이지와 다른 계통의 회로에 구성되어 있으므로 브리지회로의 저항치와는 무관계하며, 스팬(span)온도 보상이 행해진다.

다음에 본 발명의 일실시예를 도면을 사용하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 개략 구성도이다. 본 발명에 있어서, 제1도에 나타낸 바와같이, 왜곡발생기 Y에 4매의 왜곡게이지 T1,T2,C1,C2를 첨부함은 종래예와 같으나 왜곡발생기의 왜곡감지부의 신장측끼리 및 수축측끼리, 즉, 대각선의 위치에 있는 왜곡게이지 T1과 T2, C1과 C2를 각각 직렬로 접속하고, 하프 브리지회로를 형성하여 양 직렬접속회로의 접속점으로부터 출력신호를 취출하고 있다. 이때 T1=T2=C1=C2=R로 하면, 하브브리지회로의 전저항 r'은

r'=(C1+C2)+(T1+T2)=4R (14)

로 되며, 종래의 풀브리지회로의 합성저항의 4배의 큰 저항이 얻어지므로 전류제한 작용이 커져서 전력소비량을 작게할 수 있다. 이때의 하프 브리지회로의 출력전압은

Vo⁺=(Vex⁺-Vex^-)/2+(△R/2R)(Vex⁺-Vex^-) (15)

로 되며, 제1도의 A,B,C 어느 위치에 하중이 가해져도 출력전압은 일정하게 된다. 그러므로, 종래의 왜곡게이지를 풀브리지회로로 형성한 하중 검출회로와 비교하면 출력신호의 크기는 1/2로 되나 풀브리지 회로와 같이 하중이 비례하는 직선적인 출력이 얻어진다.

다시 제3도에 있어, 로오드셀 1에는 하프 브리지회로의 출력측에 온도에 의한 출력변화를 보상하는 보상저항RO를 형성해 있으며, 로오드셀 1은 케이블 2에 의하여 기판 3과 전기적으로 접속된다. 여기서, 감온저항 RO은 왜곡발생기의 온도에 의한 저항치 RO이 변화에 따라서, 연산증폭기 AMP의 중폭율을 변경하여 왜곡발생기의 영율의 온도보상을 행하여 출력신호의 온도 보상을 행하는 것으로서 일본국 특개소 63-58202호에 개시된것과 같은 작용을 하는 것이다. 기판 3에는 연산 증폭기 AMP 필터 FIL, A-D 변환기 ADC를 형성해 있다. 하프 브리지회로의 출력신호는 보상저항 RO을 통하여 기판3에 형성한 연산증폭기 AMP이 반전입력 단자측에 접속된다. 연산증폭기 AMP의 출력기에는 필터 FIL을 형성하여 신호의 고주파 성분을 제거하고 A-D변환기 ADC에 의하여 디지탈량으로 변환되어서 마이크로프로세서 5에 입력된다. 마이크로프로세서 5는 소정의 연산처리를 실행하며 정미중량등의 데이터를 표시기 6에 출력함과 동시에 도시하지 않은 라벨 프린터 등에도 신호를 출력한다. 또 키이입력부 4의 신호는 마이크로프로세서 5에 입력된다. 그리고 Re는 A-D 변환기의 기준전압용 저항이다.

이 실시예에 있어서 2빔형 왜곡발생기의 왜곡감지부에 장착한 왜곡게이지를 그 대각선에 배치된 것끼리로 직렬로 접속하여 하프 브리지회로를 형성하고 있으므로 로오드셀 부분에서의 전력 소비를 저감할수 있어, 액정 표시기나 CMOS IC를 사용한 건전지 구동의 로오드셀식 전자저울이 실현된다.

또, 이 실시예에 있어서, 도면에는 나타내지 않았으나, 하중검지회로, 즉 연산증폭기 AMP의 전방단에 하프 브리지에 의하여 구성되는 왜곡 검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호와 기준 전압과의 접속을 전환하는 전환회로를 형성하고 왜곡발생기에 인가되는 하중 측정시에는 이 전환회로를 왜곡검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호방향으로 전환하여 캘리브레이션(calibration)시, 기준전압 방향으로 전환하는 전환회로를 형성할 수도 잇으나, 설명을 간략화하기 위하여, 이와같은 구성은 생략해 있다. 그러나, 이와같은 전환회로는 뒤의 실시예에 있어, 상세하게 설명하기로 한다.

다음에 나타낸 실시예는 모두 온도 보상용의 저항을 로오드셀회로와 별도로 하는 다른 회로로 한것으로서, 다음에 이들 실시예를 상세히 설명한다.

제4도는 제2의 실시예의 회로도이다. 그리고 설명을 간단히 하기 위하여, 제4도에 있어서는 제3도에 있어서의 하프 브리지를 구성하는 왜곡게이지 T1과 T2의 저항치를 각각 같은 Ra로서 나타내고, 왜곡게이지 C1과 C2의 저항치를 각각 같은 Rb로서 나타내있다. 또, 온도 보상용 저항을 Rs로서 나타내었다.

제4도에 나타낸 바와같이 왜곡발생기에 장착한 4매의 왜곡게이지 2Ra, 2Rb는 하프 브리지회로 A를 형성하고 왜곡게이지 2Ra, 2Rb의 접속점 P는 계량 모오드와 드리프트 보정모오드(캘리브레이션 모도드)를 전환하는 스위치 SW1, SW2를 통하여 기준전위점 COM에 접속된다. 이와같은 하프 브리지회로를 형성하여 Ra=Rb=R로 하면 합성저항 r은 4R로 되며, 종래의 풀브리지회로의 구성으로 하였을때에 비교하여, 브리지회로를 저 전력으로 구동할 수 있다.

또, 전기접속점 P는 스위치 SW2와 버퍼 B1과 로오드셀 a에 배치된 온도 보상저항 Rs를 통하여, 연산증폭기 B2에 접속된다. 여기서, 버퍼(buffer) B1은 이득이 1인 비반전 증폭회로로서 작용하며, 연산증폭기 B2는 반전 증폭회로로서 동작하며, 그 출력측은 도시하지 않은 저역필터를 통하여 A-D 변환기등의 후단제어회로의 입력단자 IN에 접속된다. 모오드 전환스위치 SW1, SW2는 애널로그 스위치등에 의하여 구성되며, 저항 R1, 피이드백저항 Rf, 버퍼 B1, 연산증폭기 B2와 함께 기판 C에 장착된다.

온도보상저항 Rs은 왜곡발생기의 온도에 의하여 연산증폭기 B2와 R2, Rf로 구성되는 반전증폭회로의 증폭율을 변경하며, 이로써, 왜곡게이지식 로오드셀을 구성하는 왜곡발생기의 영(Young)률의 온도 보상을 스팬에 상당한 출력전압의 온도 보상을 행하고 있다.

제5도는 계량모오드에 설정했을때의 회로도로서, 제4도의 스위치 SW1을 오프스위치 SW2를 온으로 하고 있다.

제6도는 드리프트 보정 모오드에 설정되었을 때의 회로도로서 제4도의 스위치 SW1을 온, 스위치 SW2를 오프로 하여 그때에 나타내는 드리프트량을 바이어스처리로서 기억하여 후단의 마이크로컴퓨터등에 의하여 연산에 의하여 이를 보상하도록 하여있다. 도시한 바와같이 본 발명에 의하면 2개의 스위치를 사용함으로써 간략한 회로구성으로 드리프트보정이 행해진다.

그리고, 제4도의 회로도로부터 명백한 바와같이 브리지회로로부터는 온도 보상저항 Rs에 전류가 흐르지 못하도록 되어 있으므로, 브리지 저항치와는 무관하게 스팬의 온도보상이 행해지며, 또한, 로오드셀의 여기 전압과 공통의 전원(예를들면 5V)에 의하여 회로를 구동하므로, 회로 구성이 간단해진다.

제7도는 본 발명의 제3의 실시예의 계량 모오드에 있어서의 회로도로서, 브리지회로의 출력신호는 연산 증폭기의 B2의 비반전입력단자에 공급하고, 버퍼 B1의 비반전입력 단자에는 기준전위점 COM을 접속한 예를 나타내 있으며, 이때에 있어도 작용 효과는 제2의 실시예의 경우와 같다.

제8도는 본 발명의 제4의 실시예의 회로도이다. 제8도에 나타낸 실시예에서는, 하프 브리지회로의 출력신호를 계기 증폭기(Instrumentation Amplifier)100에 입력한다. 이 계기 증폭기 100은 대칭으로 배치된 2개의 연산증폭기 101,102와 이들 출력을 받는 하나의 연산증폭기 103을 갖고, 하프 브리지회로의 중점 P는 스위치 SW2를 통하여 연산증폭기의 +단자에 접속된다. 하프 브리지회로와는 병렬로 2개의 저항 R1, R2의 직렬회로가 접속되며, 그 중점은 연산증폭기 102의 +단자와 접속되어 있다. 2개의 저항 R1, R2는 왜곡발생기의 왜곡이 생기지않는 부분에 형성되며, 또는 왜곡발생기의 근방에 형성된 통상의 저항으로서, 왜곡게이지의 저항치와 비교하여 수배이상 큰 저항치를 가지므로, 소비전력은 왜곡게이지의 그것과, 비교하여 무시할 수 있는 범위내이다. 온도 보상저항 Rs는 연산증폭기 101,102의 -단자 사이에 접속되며, 이들 출력단자는 각각 연산증폭기 103의 -단자와 +단자에 접속되어 있다.

이 실시예에 있어, 계량 모오드에서는 스위치 SW1이 턴오프이고, 스위치 SW2가 턴온의 상태이다. 또, 보정모오드에서는 스위치 SW1이 턴온이고, 스위치 SW2가 턴오프의 상태이다.

온도 보상저항 Rs는 왜곡발생기의 온도에 의하여 계기 증폭기 100의 증폭율을 변경하여, 이로써 왜곡게이지 로오드셀을 구성하는 왜곡발생기의 영률의 온도 보상을 행하여 스팬에 상당하는 출력전압의 온도보상을 행하고 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 왜곡발생기에 장착한 복수의 왜곡게이지에 의하여 하프 브리지회로를 형성하여 하중을 검출하고 있으므로, 브리지회로의 전력소비를 저감할수 있으며, 또 브리지회로로부터 온도 보상저항에는 직접적으로 전류가 흐르지 않도록 되어 있으므로, 브리지의 저항치와는 무관계하게 스팬의 온도 보상이 행해진다. 또한 스위치를 부가하면, 계량 모오드와 드리프트 보정 모오드와의 전환도 간단히 행할 수가 있다.

이상, 본 발명의 요지를 그 특정된 실시예에 비하여 설명하였는데, 이미 설명한 바에의한 본 발명에 대한 변형 또는 수정은 여러 가지로 가능함이 명백하다.

Claims

왜곡발생기의 왜곡감지부에 왜곡에 의하여 저항치가 변화하는 왜곡게이지를 장착하고 왜곡발생기의 왜곡을 왜곡게이지의 저항치 변화로서 검출하는 로오드셀식 전자저울의 하중 검출회로에 있어서, 왜곡발생기에 왜곡이 발생했을 때 왜곡감지부에 구비된 왜곡게이지의 저항치가 정방향으로는 변화하는 제1의 왜곡게이지와, 왜곡발생기에 왜곡이 발생햇을 때, 왜곡감지부에 구비된 왜곡게이지의 저항치가 부방향으로 변화하는 제2의 왜곡게이지와, 이 제1과 제2의 왜곡게이지를 직렬로 접속하여 하프브리지회로로 한 왜곡발생기의 왜곡검지회로와, 이 왜곡검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호에 의하여 왜곡발생기에 인가되는 하중을 검지하는 하중 검지회로를 포함함을 특징으로 하는 로오드셀식 전자저울의 하중 검출회로.
왜곡발생기의 왜곡감지부에 왜곡에 의하여 저항치가 변화하는 왜곡게이지를 장착하고 왜곡발생기의 왜곡을 왜곡게이지의 저항치 변화로서 검출하는 로오드셀식 전자저울의 하중 검출회로에 있어서, 왜곡발생기에 왜곡이 발생했을 때, 왜곡감지부에 구비된 왜곡게이지의 저항치가 정방향으로 변화하는 제1의 왜곡게이지와, 왜곡발생기에 왜곡이 발생했을 때, 왜곡감지부에 구비된 왜곡게이지의 저항치가 부방향으로 변화하는 제2의 왜곡 게이지와, 이 제1과 제2의 왜곡게이지를 직렬로 접속하여 하프브리지 회로로한 왜곡발생기의 왜곡검지회로와, 이 왜곡검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호에 의하면, 왜곡발생기에 인가되는 하중을 검지하는 하중검지회로와, 이 왜곡게이지의 근방에 구비되고, 왜곡발생기의 왜곡검지회로와는 다른 회로를 구성하는 온도 보상용의 저항과, 왜곡발생기의 온도 변화에따른 온도 보상요의 저항의 저항치 변화에 의하여 상기 하중검지회로의 온도 변화에 의한 출력신호치의 변동을 없애는 방향으로 이득제어하는 이득제어수단을 포함함을 특징으로 하는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로.
제2항에 있어서, 왜곡발생기에 왜곡이 발생했을 때 왜곡감지부에 구비된 왜곡게이지의 저항치가 정방향으로 변화하는 제1의 왜곡게이지와, 왜곡발생기에 왜곡이 발생햇을 때, 왜곡감지부에 구비된 왜곡게이지의 저항치가 부방향으로 변화하는 제2의 왜곡게이지와, 이 제1과 제2의 왜곡게이지를 직렬로 접속한 왜곡발생기의 왜곡 검지회로와,이 왜곡 검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호가 입력되는 버퍼회로와, 상기 왜곡게이지의 근방에 구비되고, 그 일방단이 버퍼회로의 출력단과 접속되고, 왜곡발생기의 왜곡 검지회로와는 다른 회로를 구성하는 온도 보상용의 저항과, 온도 보상용의 저항의 타방단이 입력회로에 접속되고, 이 왜곡 검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호에 의하여 왜곡발생기에 인가되는 하중을 검지하는 하중검지회로를 갖는 것을 특징으로 하는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로.
제1항에 있어서, 하중검출회로의 전방단에 왜곡검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호와 기준전압과의 접속을 전환하는 전환회로를 설치하고, 왜곡발생기에 인가되는 하중의 특정시에는 이 전환회로를 왜곡검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호방향으로 전환하며, 캘리브래이션시 기준전압 방향으로 전환함을 특징으로 하는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로.
제2또는 제3항에 있어서, 하중검지회로의 전방단에 왜곡검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호와 기준전압과의 접속을 전환하는 전환회로를 형성하고, 왜곡발생기에 인가되는 하중의 측정시에는 이 전환회로를 왜곡 검지회로의 제1과 제2의 왜곡게이지의 접속점에 발생하는 신호방향으로 전환하며, 캘리브레이션시 기준전압 방향으로 전환함을 특징으로 하는 로오드셀식 전자저울의 하중검출회로.